Чтение онлайн

Глава XV О МОРСКИХ ПРИЛИВАХ И ОТЛИВАХ, ИЛИ О СУТОЧНЫХ ВАРИАЦИЯХ ФИГУРЫ МОРЯ

Хотя Земля и воды, которые её покрывают, давно должны были бы прийти в состояние, соответствующее равновесию действующих на них сил, всё же фигура морей непрерывно меняется в течение суток под действием регулярных периодических колебаний, известных под названием морских приливов и отливов. В самом деле, очень удивительно наблюдать при тихой погоде и ясном небе сильное движение огромной массы воды, которая стремительно разбивается о берега. Это зрелище наводит на размышление и порождает желание понять его причину. Но чтобы не заблудиться в бесполезных гипотезах, надо прежде всего знать законы этого явления и проследить его во всех деталях. Тысячи случайных причин могут изменить его, и поэтому надо одновременно рассматривать большое число наблюдений, чтобы влияния случайных причин взаимно уничтожились и в среднем остались бы только регулярные влияния. Кроме того, путём специального комбинирования наблюдений необходимо выявить каждое из этих влияний в отдельности. Но и этого ещё недостаточно. Поскольку результаты наблюдений всегда подвержены ошибкам, необходимо знать вероятность того, что эти ошибки не превышают определённых заданных пределов. Известно, что при одинаковой вероятности эти пределы тем теснее, чем более многочисленны наблюдения. Во все времена это заставляло наблюдателей увеличивать число наблюдаемых фактов и опытов. Однако общее рассуждение не определяет степени точности результатов. Оно не позволяет узнать, какое число наблюдений надо сделать, чтобы получить определённую вероятность. Иногда оно заставляло исследовать причины явлений, имеющих чисто случайный характер. Одно только исчисление вероятности может оценить эти обстоятельства, что делает его употребление в высшей степени важным в физических и нравственных науках.

В начале прошлого века по просьбе Академии наук в наших портах было сделано большое число наблюдений приливов. В Бресте они ежедневно наблюдались в течение шести лет. Расположение этого порта очень выгодно для наблюдений такого рода. Он соединён с морем широким и длинным каналом, в глубине которого и построен порт. Вследствие этого нерегулярные движения моря доходят до порта весьма ослабленными подобно тому, как влияние качки корабля передаётся на столбик ртути в барометре ослабленным вследствие его затухания в трубке этого прибора. Кроме того, поскольку в Бресте приливы очень велики, их случайные вариации составляют лишь малую часть. Если, как я это сделал, рассмотреть отдельно превышения приливов над соседними отливами, то выясняется, что ветры, являющиеся главной причиной случайных движений моря, мало влияют на результаты, так как если они поднимают воду во время прилива, то приблизительно на столько же поднимают её при отливе, который следует за приливом или ему предшествует. Было также замечено, что результаты становятся правильными, если хоть немного увеличить число наблюдений. Поражённый этим, я попросил правительство распорядиться, чтобы в Брестском порту была проведена новая серия наблюдений морских приливов в течение полного периода движения узлов лунной орбиты, что и было выполнено. Эти наблюдения были начаты в 1806 г. и продолжаются ежедневно без перерыва. Проведя анализ всех этих наблюдений по способу, о котором уже упоминалось, я пришёл к следующим результатам, не вызывающим никаких сомнений.

Уровень моря поднимается и опускается два раза в каждом интервале времени между двумя последовательными возвращениями Луны к верхнему меридиану. Средний промежуток времени между этими возвращениями равен 1.035050 суткам, так что интервал между двумя последовательными приливами равен 0.517525 суток.

Таким образом, иногда бывают солнечные сутки, в которых наблюдается только один прилив. Отливы делят этот интервал подобным же образом. Как и у всех величин, имеющих максимум и минимум, увеличение или уменьшение приливов около этих предельных значений пропорциональны квадратам промежутков времени, протёкшего от полной или малой воды.

Высота прилива не всегда бывает одинакова. Она изменяется с каждым днём, и эти изменения имеют явное отношение к фазам Луны. Наибольшая высота бывает во время полнолуния и новолуния. Затем она уменьшается и становится наименьшей вблизи квадратур. В Бресте самый высокий прилив наступает не в самый день сизигии, но по истечении полутора суток. Таким образом, если сизигия наступает в момент прилива, третий после этого прилив будет самым высоким. Точно так же, если квадратура наступает во время прилива, то третий после него прилив будет самым низким. Это явление наблюдается почти одинаково во всех портах Франции, хотя время приливов в них очень сильно различается.

Чем больше море поднимается во время прилива, тем ниже опускается при следующем отливе. Мы назовём полным приливом превышение полусуммы высот двух последовательных приливов над высотой воды во время промежуточного отлива. Средняя величина этого полного прилива в Бресте во время равноденственных сизигий около 5.5 м. Во время квадратур она вдвое меньше.

Внимательно рассматривая эти результаты, мы видим, что поскольку число полных вод равно числу как верхних, так и нижних лунных прохождений через меридиан, луна оказывает на явление приливов главное влияние. Но из того, что квадратурные приливы меньше сизигийных, следует, что Солнце также участвует в этом явлении и даже видоизменяет лунные влияния. Естественно думать, что каждое из этих влияний, если бы оно существовало в отдельности, создавало бы систему приливов, период которой соответствовал бы прохождению светила через меридиан, и что смешение их периодов приводит к сложному приливу, в котором лунный прилив совпадает в сизигиях с солнечным приливом, а в квадратурах — с солнечным отливом.

Склонения Солнца и Луны также оказывают заметное влияние на приливы. Они увеличивают полные сизигийные приливы во время равноденствий и на столько же увеличивают полные квадратурные приливы во время солнцестояний. Таким образом, широко распространённое мнение, что самые большие приливы происходят во время равноденственных сизигий, подтверждается большим числом точно обработанных наблюдений. Тем не менее некоторые учёные, и в особенности Лаланд, подвергают это суждение сомнению, поскольку вблизи некоторых солнцестояний вода в море поднималась на значительную высоту. Именно здесь исчисление вероятностей становится совершенно необходимым для решения важного вопроса теории приливов. Применяя этот метод исчисления к наблюдениям приливов, находим, что превосходство приливов в равноденственные сизигии и квадратурных приливов вблизи солнцестояний указывается с намного большей вероятностью, чем вероятность большинства фактов, относительно которых нельзя себе позволить никаких сомнений.

Расстояние Луны от Земли имеет большое влияние на величину полных приливов. При всех прочих равных условиях они увеличиваются и уменьшаются вместе с лунным диаметром и параллаксом, но в большем отношении. Изменения расстояния Солнца от Земли влияют подобным же образом, но в значительно меньшей степени.

Интересно знать закон изменения полных приливов главным образом вблизи их максимума и минимума. Мы уже видели, что момент максимально полного прилива в Бресте наступает через сутки с половиной после сизигии. Уменьшение соседних с ним полных приливов пропорционально квадрату времени, протёкшего от него до момента промежуточной малой воды, к которой относится полный прилив.

Около момента минимума, следующего по истечении полутора суток после квадратуры, увеличение полных приливов пропорционально квадрату времени, протёкшего с этого момента. Оно очень близко к удвоенному уменьшению полных приливов в их максимуме.

Склонения Солнца и Луны очень заметно влияют на эти изменения: уменьшение приливов вблизи сизигии солнцестояний составляет около трёх пятых соответствующего уменьшения вблизи равноденственных сизигий. Увеличение приливов возле квадратур в два раза больше в равноденствиях, чем в солнцестояниях. Но влияние расстояния Лупы от Земли ещё значительнее, чем влияние склонения. Уменьшение сизигийных приливов почти в три раза больше около перигея Луны, чем возле её апогея.

Наблюдаются ещё небольшие различия между утренними и вечерними приливами, которые зависят от склонений Солнца и Луны и исчезают, когда оба эти светила находятся на экваторе. Чтобы их обнаружить, надо сравнить приливы первых и вторых суток после сизигии или квадратуры. В это время приливы очень близки к максимуму или минимуму и очень мало меняются от одних суток к другим, что позволяет легко увидеть разницу между двумя приливами одних суток. В Бресте таким путём находим в сизигиях летнего солнцестояния, что утренние приливы первых и вторых суток после сизигий меньше вечерних приливов приблизительно на 1/6 м. В сизигиях зимних солнцестояний они на столько же больше. Подобно этому в квадратурах осеннего равноденствия утренние приливы первых и вторых суток после квадратуры превосходят вечерние приливы приблизительно на 1/8 м, а вблизи квадратур весеннего равноденствия они на такую же величину меньше.

Таковы в общих чертах явления, характеризующие высоту приливов в наших портах. В промежутках между ними обнаруживаются ещё другие явления, которые мы сейчас изложим.

Полный прилив, наблюдаемый в Бресте в момент сизигии, наступает через 0.1780 суток после истинных полуночи и полудня в зависимости от того, происходит это утром или вечером. Этот промежуток времени, очень разный даже в близлежащих портах, называется прикладным часом, потому, что он определяет время приливов относительно лунных фаз. В момент квадратуры полная вода в Бресте наступает через 0.358 суток после истинных полуночи или полудня.

За каждый час, отделяющий прилив от момента сизигии, он опережает этот момент или отстаёт от него на 270 с [234s]. Во время квадратур это часовое отклонение равно 502 с [434s].

Время квадратурных или сизигийных приливов изменяется в зависимости от расстояния Солнца и главным образом Луны до Земли. Во время сизигий каждой минуте [0.'54] увеличения или уменьшения видимого полудиаметра Луны соответствует опережение или запаздывание момента наступления полной воды на 354 с [306s]. Это же явление имеет место в квадратурах, но тогда оно в три раза меньше.